随着物联网(Internet of Things, IoT)蓬勃发展,作为物联网的核心组成与技术支撑的无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)已经广泛应用到军事安全、环境保护、医疗卫生、家庭办公、工业控制、交通运输等各大领域。无线传感器网络由大量的能够采集和处理环境信息并通过无线通信方式传输的传感器节点形成的自组织网络,具有大规模、自组织、动态性、可靠性、面向应用及以数据为中心等特点。无线传感器网络的研究涵盖传感器技术、通信技术、网络路由协议、嵌入式系统、数据融合和异构网连接等学科领域,本文的主要研究内容是无线传感器网络的路由算法。无线传感器网络的标准参考模型包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层,而其路由协议用于规定各层功能、层级间和网络间的通信规则。目前学术界已经存在数量庞大的无线传感器网络路由协议,大致分为主动式路由、被动式路由、地理位置路由、分层路由、多路径路由及能量感知路由等类别。本文重点研究基于地理位置信息的路由,并在此方向上寻找新的突破点,同时广泛汲取其他种类路由的算法思想,进而尝试提出一个具有建设性的解决方案。针对无线传感器网络路由算法中的三维空洞问题,本文提出三维胞元空间路由(3D Cell Space Routing,3D-CSR)算法。该算法针对贪婪(Greedy Forwarding, GF)算法遇到空洞区域无法路由的情况,利用三维胞元空间模型将这些空洞区域的边界加以确定,进一步运用胞元路由机制完成路由过程。同时,单个胞元内部采用了自适应选举机制,使其中的胞父节点保持活跃并参与路由而其余胞子节点保持休眠状态,以平衡网络能量消耗。仿真结果验证了三维胞元空间模型与3D-CSR算法的正确性和有效性,与3D-GPR (3D Grid Position-based Routing)和3D-CFace (3D Coordinate Face)算法相比较,3D-CSR的消息发送率与节点存活率更高。